Датчики землетрясений обнаруживают последствия звуковых ударов, когда космический аппарат входит в атмосферу Земли
Космический мусор проносится по небу над Вентурой, штат Калифорния, 2 апреля 2024 года, когда падающие обломки китайского космического корабля распадаются в атмосфере Земли.
Когда часть китайского космического аппарата «Шэньчжоу-15» упала обратно на Землю, ее распад был зафиксирован с помощью удивительного источника: сейсмометров.
Сейсмические сети в Южной Калифорнии зафиксировали колебания грунта, вызванные ударными волнами, когда космический аппарат вошел в атмосферу Земли 2 апреля 2024 года. Используя эти данные, ученые смогли отслеживать траекторию движения космических аппаратов более точно, чем полагаясь на существующие способы ее прогнозирования, сообщает команда 22 января в журнале Science. Это говорит о том, что сети, предназначенные для обнаружения землетрясений, могут также отслеживать падение космического мусора — вышедших из строя космических аппаратов или заброшенного оборудования для запуска, которые могут представлять опасность для людей и инфраструктуры.
Когда космический мусор приближается к Земле, он движется быстрее скорости звука, генерируя ударные волны и вызывая волновые эффекты, которые были обнаружены сейсмометрами. Проанализировав интенсивность этих сигналов, а также точное время, когда они достигают 127 сейсмометров в сети, исследователи смогли оценить высоту и траекторию падения обломков. Они даже смогли отследить, как космический аппарат распался на несколько частей, каждая из которых породила свои собственные каскадные ударные волны.
За космическим мусором, как правило, следят на орбите с помощью наземного радара, который может отслеживать объекты размером всего около 30 сантиметров в поперечнике. Но как только фрагменты попадают в верхние слои атмосферы, взаимодействие с воздухом приводит к тому, что они распадаются на части, замедляются и меняют направление сложным образом. В результате прогнозируемые траектории входа в атмосферу могут быть отклонены на сотни километров. Сейсмические данные для «Шэньчжоу-15» показали, что он прошел примерно на 30 километров южнее траектории, предсказанной космическим командованием США.
Эта работа была вдохновлена методами, используемыми для отслеживания метеоритных тел с использованием сейсмических и акустических данных как на Земле, так и на Марсе. “Я много работал с миссией НАСА InSight, и для нас метеороиды на самом деле были очень полезным источником сейсмических данных”, — говорит Бенджамин Фернандо, сейсмолог и планетолог из Университета Джона Хопкинса. InSight установила первый работающий сейсмометр на поверхности Марса. “Многое из того, что мы сделали в этой статье, по сути, представляет собой использование методов, разработанных для Марса, и их повторное применение на Земле”.
Точность обнаружения зависит от плотности сейсмометрических сетей, поскольку звуковые удары распространяются в атмосфере всего на расстояние около 100 километров. Городские районы часто имеют плотное покрытие, а малонаселенные районы в сейсмически спокойных районах — нет. Это может ограничить полезность метода в глобальном масштабе, говорит Даниэль Стич, сейсмолог из Университета Гранады в Испании, который не принимал участия в исследовании.
Число неконтролируемых возвращений на орбиту становится все более частым, поскольку количество космических аппаратов на орбите неуклонно растет. Падающие фрагменты могут травмировать людей или повредить инфраструктуру, а обломки часто содержат токсичное топливо, легковоспламеняющиеся материалы или, в редких случаях, радиоактивные источники энергии. Хотя сейсмический мониторинг вряд ли обеспечит заблаговременное предупреждение, он мог бы помочь быстро оценить место падения обломков и сузить зоны риска загрязнения.
Исследование вписывается в недавнюю тенденцию, известную как экологическая сейсмология, которая использует сейсмические данные для мониторинга явлений, выходящих за рамки землетрясений — от штормов и лавин до взрывов, дорожного движения во время эпидемии COVID или даже концертов Тейлор Свифт, говорит Хорди Диас Куси, сейсмолог из Института наук о земле Барселоны, который не принимал участия в новой работе. Отслеживание возвращения космического мусора, по его словам, “является хорошим примером того, как сейсмические данные… могут быть использованы для целей, очень далеких от их первоначальной цели”.